2.2.2 污染物通量歷年變化趨勢(shì)

　　選取宜昌、漢口37碼頭、大通三個(gè)斷面，計(jì)算2001—2018年總磷和氨氮兩項(xiàng)典型污染物的年通量，并與年徑流量進(jìn)行變化趨勢(shì)對(duì)比，結(jié)果如圖 7所示. 表 1為2001—2018年宜昌、漢口37碼頭、大通斷面年徑流量和污染物年通量特征值.

　　由圖 7和表 1可見，總磷年通量、氨氮年通量的低值和高值出現(xiàn)的年份與年徑流量關(guān)系密切，2001—2018年中，宜昌斷面有11個(gè)年份、大通斷面有10個(gè)年份的年徑流量、總磷年通量、氨氮年通量同時(shí)出現(xiàn)明顯的高值或低值，漢口37碼頭斷面有9個(gè)年份的年徑流量、總磷年通量同時(shí)出現(xiàn)明顯的高值和低值.結(jié)果表明，水量對(duì)污染物年通量影響較大，但二者時(shí)空特征關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，污染物通量既是水量的函數(shù)，又是污染物濃度的函數(shù)；同時(shí)水量又影響泥沙含量，影響進(jìn)入水體中的污染物量(尤其是面源)，影響污染物的吸附、擴(kuò)散、降解等環(huán)境行為，但這并不意味著無法通過年徑流量與污染物年通量的關(guān)系來辨析污染減排效果.比較某斷面在年徑流量相近年份間污染物通量的變化，即可推斷污染物減排效果，如宜昌斷面2001年與2004年徑流量接近，其2004年氨氮通量遠(yuǎn)小于2001年，且氨氮年通量在2001—2006年基本呈單邊下降趨勢(shì)，鑒于水溶性氨氮受泥沙含量影響很小，氨氮通量的下降應(yīng)主要?dú)w因于相應(yīng)區(qū)域氨氮減排的效果，漢口37碼頭斷面亦如此；大通斷面2012年與2016年的年徑流量接近，但2016年氨氮年通量遠(yuǎn)小于2012年，而且2012—2018年氨氮年通量基本呈單邊下降趨勢(shì)，氨氮通量的下降應(yīng)主要?dú)w因于相關(guān)水域氨氮減排效果，與武穴至入?？诮?012—2018年氨氮濃度呈顯著下降趨勢(shì)的結(jié)果(見圖 4)高度一致.

　　另外，2006年以來，上游末端宜昌斷面總磷年通量只是略高于氨氮年通量(如2018年總磷年通量比氨氮年通量高約10%)，而漢口37碼頭斷面總磷年通量遠(yuǎn)高于氨氮年通量(2018年總磷年通量比氨氮年通量高約150%)，至下游大通斷面氨氮年通量反而遠(yuǎn)超總磷年通量，說明宜昌至漢口段總磷的入河量較大，而漢口至大通段氨氮入河量較大.以上結(jié)果體現(xiàn)了不同區(qū)域間水環(huán)境形勢(shì)的差異性.

　　上述某斷面的總磷年通量不是純粹意義上通過該斷面的磷量，根據(jù)GB 3838—2002測定總磷時(shí)，水樣采集后(稱為原樣)先靜置30 min，取上層非沉降部分(稱為澄清樣)測定總磷濃度，靜置過程中大顆粒泥沙和吸附于其上的磷會(huì)發(fā)生沉降，因而澄清樣總磷值會(huì)低于原樣總磷值，尤其是在汛期泥沙含量較高時(shí)[20]，但這種情況不影響總磷通量年際變化趨勢(shì).澄清樣總磷濃度和原樣總磷濃度之比隨懸浮物濃度呈規(guī)律性變化，二者存在一定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系[20]，據(jù)此可將澄清樣總磷值換算(校正)為原樣總磷值.依據(jù)校正得到宜昌、漢口37碼頭、大通斷面2018年總磷年通量分別為6.33×104、8.96×104、9.37×104 t，均為各自未校正總磷年通量值的1.2倍.宜昌、漢口37碼頭、大通斷面2018年氨氮年通量分別為4.77×104、3.13×104、21.47×104 t.

　　2.2.3 污染物通量季節(jié)性變化特征

　　觀測近5年宜昌、漢口37碼頭、大通斷面總磷、氨氮月通量的季節(jié)性變化特征, 發(fā)現(xiàn)對(duì)同一個(gè)斷面同一種污染物而言，不同年份污染物通量的季節(jié)性變化特征基本相似.選取介于豐水年和枯水年之間的2017年作為典型年，給出兩種污染物在宜昌、漢口37碼頭、大通斷面各月的通量(見圖 8).由圖 8可見：總磷月通量和月徑流量的變化趨勢(shì)高度一致，3個(gè)斷面的總磷月通量均隨水量的增大而增大，隨水量減小而減小.而氨氮月通量變化趨勢(shì)在不同斷面間差別較大，宜昌斷面氨氮月通量和月徑流量變化趨勢(shì)一致；大通斷面氨氮月通量在大多數(shù)月份與月徑流量變化趨勢(shì)一致，但在4月和6月不一致；漢口37碼頭斷面氨氮月通量與月徑流量的變化趨勢(shì)相關(guān)性較差，在月徑流量最大的7月，其氨氮月通量遠(yuǎn)低于月徑流量相對(duì)較小的1月和4月. 5—10月總磷月通量較高，約占全年通量的63%~74%，而氨氮年通量不同斷面年內(nèi)分布差別較大，宜昌和大通斷面5—10月的氨氮通量約占全年的70%，而漢口斷面僅占36%.

　　根據(jù)式(2)，年內(nèi)Q變化趨勢(shì)一定的情況下，W的年內(nèi)變化趨勢(shì)取決于C.而C的年內(nèi)變化趨勢(shì)可分3種情況：①C的變化趨勢(shì)與Q基本一致；②C波動(dòng)較??；③C與Q的變化趨勢(shì)出現(xiàn)背離.在前兩種情況下，污染物月通量跟月徑流量變化趨勢(shì)一致；在第三種情況下，污染物月通量和月徑流量的年內(nèi)變化趨勢(shì)是否一致取決于C和Q的變化哪一方占主導(dǎo)地位.對(duì)總磷和氨氮濃度年內(nèi)變化趨勢(shì)分析發(fā)現(xiàn)，總磷濃度年內(nèi)變化符合第一種或第二種情況，所以總磷月通量年內(nèi)變化趨勢(shì)與月徑流量基本一致.而氨氮濃度年內(nèi)變化在不同斷面間差異較大，在宜昌斷面波動(dòng)較??；在漢口37碼頭斷面波動(dòng)較大，出現(xiàn)汛期未檢出情況；在大通斷面年內(nèi)波動(dòng)較大.所以宜昌斷面氨氮月通量年內(nèi)變化趨勢(shì)與月徑流量基本一致，而漢口37碼頭斷面氨氮月通量與月徑流量的變化相關(guān)性較差，大通斷面氨氮月通量與月徑流量的變化趨勢(shì)更為復(fù)雜，在某些月份表現(xiàn)為一致，在另外一些月份表現(xiàn)為不一致，如7月月徑流量最大，但氨氮月通量最高值出現(xiàn)在6月.

　　從污染物性質(zhì)、賦存形態(tài)和來源等方面對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行分析.地表水體中總磷主要成分是多種形態(tài)的磷酸鹽，有相當(dāng)一部分通過吸附作用以顆粒態(tài)存在，泥沙是磷的重要載體[21].將磷的來源分為兩部分，包括來自點(diǎn)源的量和來自面源的量.長江干流含沙量與流量呈顯著正相關(guān)[22]，汛期水量大，降雨徑流對(duì)陸面土壤顆粒的裹挾力大，導(dǎo)致長江含沙量增大；同時(shí)，吸附態(tài)磷通過徑流大量進(jìn)入水體，導(dǎo)致來自面源的量急劇增大，成為主導(dǎo)因素，而來自點(diǎn)源的量則相對(duì)穩(wěn)定，所以磷的匯入總量急劇增大，使單位時(shí)間內(nèi)的總磷通量增大.因此，汛期大量的磷隨泥沙顆粒通過地表徑流進(jìn)入水體，導(dǎo)致總磷月通量與月徑流量變化趨勢(shì)基本一致，這種推演過程與三峽水庫入庫河流中顆粒態(tài)磷占總磷約75%的結(jié)論[23]相符.長江上游江段流量、懸浮物/泥沙含量[22-24]、總磷[25-26]三者之間顯著正相關(guān)，也是上述原因所致.

編輯：王媛媛